扩束接口设备及其制造方法
专利名称：扩束接口设备及其制造方法
技术领域：
本发明有关光电子学。更具体的，本发明对于扩束光电子连接器连接特别有用。
背景技术：
通常情况下，传输到光纤的光信号必须从该光纤耦接至另一光纤或电子设备。一般，光纤的端部配备有给定形状因素的光连接器，此连接器可与另一光纤或光电子设备上的相配光连接器连接。光电子设备可以是光-电转换设备或者电-光转换设备。例如，公知的，光信号是用于在两电子设备之间传输数据的极有效方法。然而，光数据必须在传输设备处从电信号转换为光信号，然后在接收设备处从光信号转换回电信号。因此，光信号通常起初作为数字电信号，利用一般至少包括用于把电信号转换为光信号的激光器或LED的光-电光电子组件将该数字电信号转换为光脉冲。然后，传输此光信号。光信号在接收端处的接收设备处被接收。接收设备一般包括光-电光电子组件，该光-电光电子组件至少具有用于把光输出信号转换为电输出信号的光检测器例如光电二极管。光电子领域公知的，连接器提供有直接包括在该连接器内的光电子组件(接收或发送)ο这些连接器通常必须被极精密地制造，以确保尽可能多的光经由该连接器传输。 典型光纤中，光通常仅收容在一般对于单模式光纤而言直径约10微米或者对于多模式光纤而言直径约50微米的纤芯内。一粒尘埃的截面通常大于10微米。因此，两连接器接口处的单粒尘埃能够基本或者甚至完全阻止光信号通过连接器。由此，公知的，在连接器可能将处于野外、特别是恶劣或多灰尘的环境中的情况下采用扩束连接器，这种情况是军事和工业应用中常常遭遇到的。扩束连接器包括用于在连接器的光接口(即，连接器的被设计用以与另一光连接器或光电子设备连接的端部)处扩张光束以增大光束截面的光学器件。当然，依据光行进经过连接器的方向，扩束连接器可将所输入的光束扩张为较大的截面和/或接收所输入的扩张光束并将其聚焦为较小的截面。理论上，扩张后光束的截面大到足以使得尘埃颗粒将不会大幅减少耦接在相配连接器之间的光量。美国专利No. 6913402公开了一种具有内置光电子组件的扩束光连接器，如图1所示。此连接器100包括位于光接口面111与光电子组件104之间的球面透镜101和收容在套圈103内的光纤102。采用接收光-电组件作为一例，在光接口面111处进入连接器100 的准直光113进入球面透镜101，并聚焦在光纤102的输入端面115上。光纤102的另一端面与光电子组件104的光输入端106接触。光电子组件104对应于射到检测器表面的光信号把数字电信号输出到一根或多根电线107上。
发明内容
所要解决的问题是尽管图1所示设备可有效地聚焦扩张光束或者反之，但制造困难且昂贵。特别的，其由包括球面透镜、光纤、套圈、壳体和光学组件在内的若干光学器件组
3成，所有这些光学器件必须精密地组装到一起。解决办法由一种扩束光耦合器提供，该扩束光耦合器包括具有光学长度L的梯度折射率透镜，其中，L近似为P/4+NP/2，这里，N是整数且P是梯度折射率透镜的节距。此长度将射到梯度折射率透镜的输入端面上的准直输入光束聚焦到位于透镜另一端面处的一点上，或者把射到梯度折射率透镜的一个端面上的点光束扩张为从透镜另一端面输出的扩张准直束。如果希望将扩张束聚焦到不与梯度折射率透镜的端面共面的一点处，那么可相应地从P/4+NP/2调整透镜的长度。例如，如果期望焦点与梯度折射率透镜的端面相隔非零距离D，那么可按照距离D和占据此距离的介质的折射率相对于透镜折射率的函数相应地缩短梯度折射率透镜的光学长度L。本发明可用于扩束连接器，包括光-光连接器和具有内置光电子组件例如光-电组件和电-光组件的光电子连接器。
现在将参照
本发明的实施例，其中图1示出现有的扩束光电子连接器。图2示出依据第一实施例的扩束光电子连接器。图3是示出一种示范性梯度折射率透镜的梯度折射率的图表。图4是示出准直光束在梯度折射率透镜内的示范路径的示图。图5示出依据第二实施例的扩束光电子连接器。图6示出依据第三实施例的扩束光电子连接器。
具体实施例图2示出本发明的原理被应用于扩束光电子连接器，例如结合有光电子组件的穿板式(bullhead)连接器。此示范实施例示出了接收经扩张光束中的光信号作为输入、将此光聚焦到光-电光电子组件的光检测器表面上、并输出电信号的光电子连接器。然而，这仅是示范性的。相同的原理可应用于基本相同的构造中扩张光束，例如电-光光电子连接器中。另外，本发明的原理不限于用于光电转换用连接器。相同的原理可用在无光电子组件的光-光扩束连接中。再另外，本发明的原理甚至不限于用于连接器本身，而是可应用于期望扩张或收敛准直光束的任何地方。无论如何，图2所示的示范实施例中，连接器200包括供入射光202射于其上的表面201。表面201可以例如包括光连接器的端面。此表面201包括或者抵接径向梯度折射率O^RIN)透镜204的端面212。梯度折射率透镜204的相反端面208抵接光-电组件206 的光检测器209的光输入端207。光-电组件206可以是任何传统光-电组件。光-电组件206把光信号转换为电信号，此电信号通过一根或多根电线203输出至可与连接器200电耦接的电子装置。梯度折射率透镜204是柱面径向梯度折射率透镜。径向梯度折射率透镜的折射率作为相对于柱面透镜的中心纵轴211的径向距离r的函数变化。径向GRIN透镜的折射率分布可表示为
权利要求
1.一种光电子设备(200)包括具有光学长度L的梯度折射率透镜O04)，其中，L基本等于P/4+NP/2 这里N是等于或大于0的整数，P是梯度折射率透镜(204)的节距。
2.根据权利要求1所述的设备000)，其中，L基本等于(3/4)P。
3.根据权利要求1所述的设备O00)，其中>_2;r/々这里蚧)= + -^2}且r^=与所述梯度折射率透镜O04)的光轴(211)相隔距离r处的折射率， no =所述梯度折射率透镜(204)的所述光轴上的折射率，以及 r =相对于所述梯度折射率透镜O04)的所述光轴011)的距离。
4.根据权利要求1所述的设备O00)，还包括光电子组件006)，位于所述梯度折射率透镜(204)的端面附近以使光能够在所述梯度折射率透镜(204)与所述光电子组件(206)之间传输。
5.根据权利要求4所述的设备000)，其中，所述光电子组件(206)的光学输入端基本与所述梯度折射率透镜(204)的所述端面共面。
6.根据权利要求4所述的设备000)，其中，所述光电子组件(206)把光传输到所述梯度折射率透镜O04)内。
7.根据权利要求4所述的设备000)，其中，所述光电子组件Q06)自所述梯度折射率透镜(204)接收光。
8.根据权利要求1所述的设备000)，其中，所述设备是扩束连接器。
9.根据权利要求8所述的设备000)，其中，所述扩束连接器是光-光连接器。
10.根据权利要求8所述的设备000)，其中，所述扩束连接器是光-电连接器。
11.根据权利要求8所述的设备000)，其中，所述设备是穿板式连接器。
12.根据权利要求1所述的设备000)，其中，所述设备是扩束连接器与单纤连接器之间的转换器。
全文摘要
一种光电子设备(200)包括具有光学长度L的梯度折射率透镜(204)，其中，L＝P/4+NP/2，这里，N是等于或大于0的整数，P是所述梯度折射率透镜(204)的节距。如果期望焦点离开梯度折射率透镜的端面，可相应地按照此距离和占据该距离的介质的折射率的函数来调整光学长度L。
文档编号G02B6/42GK102597832SQ201080048616
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年10月28日
发明者M.A.卡达-卡伦 申请人:泰科电子公司
技术领域：
本发明有关光电子学。更具体的，本发明对于扩束光电子连接器连接特别有用。
背景技术：
通常情况下，传输到光纤的光信号必须从该光纤耦接至另一光纤或电子设备。一般，光纤的端部配备有给定形状因素的光连接器，此连接器可与另一光纤或光电子设备上的相配光连接器连接。光电子设备可以是光-电转换设备或者电-光转换设备。例如，公知的，光信号是用于在两电子设备之间传输数据的极有效方法。然而，光数据必须在传输设备处从电信号转换为光信号，然后在接收设备处从光信号转换回电信号。因此，光信号通常起初作为数字电信号，利用一般至少包括用于把电信号转换为光信号的激光器或LED的光-电光电子组件将该数字电信号转换为光脉冲。然后，传输此光信号。光信号在接收端处的接收设备处被接收。接收设备一般包括光-电光电子组件，该光-电光电子组件至少具有用于把光输出信号转换为电输出信号的光检测器例如光电二极管。光电子领域公知的，连接器提供有直接包括在该连接器内的光电子组件(接收或发送)ο这些连接器通常必须被极精密地制造，以确保尽可能多的光经由该连接器传输。 典型光纤中，光通常仅收容在一般对于单模式光纤而言直径约10微米或者对于多模式光纤而言直径约50微米的纤芯内。一粒尘埃的截面通常大于10微米。因此，两连接器接口处的单粒尘埃能够基本或者甚至完全阻止光信号通过连接器。由此，公知的，在连接器可能将处于野外、特别是恶劣或多灰尘的环境中的情况下采用扩束连接器，这种情况是军事和工业应用中常常遭遇到的。扩束连接器包括用于在连接器的光接口(即，连接器的被设计用以与另一光连接器或光电子设备连接的端部)处扩张光束以增大光束截面的光学器件。当然，依据光行进经过连接器的方向，扩束连接器可将所输入的光束扩张为较大的截面和/或接收所输入的扩张光束并将其聚焦为较小的截面。理论上，扩张后光束的截面大到足以使得尘埃颗粒将不会大幅减少耦接在相配连接器之间的光量。美国专利No. 6913402公开了一种具有内置光电子组件的扩束光连接器，如图1所示。此连接器100包括位于光接口面111与光电子组件104之间的球面透镜101和收容在套圈103内的光纤102。采用接收光-电组件作为一例，在光接口面111处进入连接器100 的准直光113进入球面透镜101，并聚焦在光纤102的输入端面115上。光纤102的另一端面与光电子组件104的光输入端106接触。光电子组件104对应于射到检测器表面的光信号把数字电信号输出到一根或多根电线107上。
发明内容
所要解决的问题是尽管图1所示设备可有效地聚焦扩张光束或者反之，但制造困难且昂贵。特别的，其由包括球面透镜、光纤、套圈、壳体和光学组件在内的若干光学器件组
3成，所有这些光学器件必须精密地组装到一起。解决办法由一种扩束光耦合器提供，该扩束光耦合器包括具有光学长度L的梯度折射率透镜，其中，L近似为P/4+NP/2，这里，N是整数且P是梯度折射率透镜的节距。此长度将射到梯度折射率透镜的输入端面上的准直输入光束聚焦到位于透镜另一端面处的一点上，或者把射到梯度折射率透镜的一个端面上的点光束扩张为从透镜另一端面输出的扩张准直束。如果希望将扩张束聚焦到不与梯度折射率透镜的端面共面的一点处，那么可相应地从P/4+NP/2调整透镜的长度。例如，如果期望焦点与梯度折射率透镜的端面相隔非零距离D，那么可按照距离D和占据此距离的介质的折射率相对于透镜折射率的函数相应地缩短梯度折射率透镜的光学长度L。本发明可用于扩束连接器，包括光-光连接器和具有内置光电子组件例如光-电组件和电-光组件的光电子连接器。
现在将参照
本发明的实施例，其中图1示出现有的扩束光电子连接器。图2示出依据第一实施例的扩束光电子连接器。图3是示出一种示范性梯度折射率透镜的梯度折射率的图表。图4是示出准直光束在梯度折射率透镜内的示范路径的示图。图5示出依据第二实施例的扩束光电子连接器。图6示出依据第三实施例的扩束光电子连接器。
具体实施例图2示出本发明的原理被应用于扩束光电子连接器，例如结合有光电子组件的穿板式(bullhead)连接器。此示范实施例示出了接收经扩张光束中的光信号作为输入、将此光聚焦到光-电光电子组件的光检测器表面上、并输出电信号的光电子连接器。然而，这仅是示范性的。相同的原理可应用于基本相同的构造中扩张光束，例如电-光光电子连接器中。另外，本发明的原理不限于用于光电转换用连接器。相同的原理可用在无光电子组件的光-光扩束连接中。再另外，本发明的原理甚至不限于用于连接器本身，而是可应用于期望扩张或收敛准直光束的任何地方。无论如何，图2所示的示范实施例中，连接器200包括供入射光202射于其上的表面201。表面201可以例如包括光连接器的端面。此表面201包括或者抵接径向梯度折射率O^RIN)透镜204的端面212。梯度折射率透镜204的相反端面208抵接光-电组件206 的光检测器209的光输入端207。光-电组件206可以是任何传统光-电组件。光-电组件206把光信号转换为电信号，此电信号通过一根或多根电线203输出至可与连接器200电耦接的电子装置。梯度折射率透镜204是柱面径向梯度折射率透镜。径向梯度折射率透镜的折射率作为相对于柱面透镜的中心纵轴211的径向距离r的函数变化。径向GRIN透镜的折射率分布可表示为
权利要求
1.一种光电子设备(200)包括具有光学长度L的梯度折射率透镜O04)，其中，L基本等于P/4+NP/2 这里N是等于或大于0的整数，P是梯度折射率透镜(204)的节距。
2.根据权利要求1所述的设备000)，其中，L基本等于(3/4)P。
3.根据权利要求1所述的设备O00)，其中>_2;r/々这里蚧)= + -^2}且r^=与所述梯度折射率透镜O04)的光轴(211)相隔距离r处的折射率， no =所述梯度折射率透镜(204)的所述光轴上的折射率，以及 r =相对于所述梯度折射率透镜O04)的所述光轴011)的距离。
4.根据权利要求1所述的设备O00)，还包括光电子组件006)，位于所述梯度折射率透镜(204)的端面附近以使光能够在所述梯度折射率透镜(204)与所述光电子组件(206)之间传输。
5.根据权利要求4所述的设备000)，其中，所述光电子组件(206)的光学输入端基本与所述梯度折射率透镜(204)的所述端面共面。
6.根据权利要求4所述的设备000)，其中，所述光电子组件(206)把光传输到所述梯度折射率透镜O04)内。
7.根据权利要求4所述的设备000)，其中，所述光电子组件Q06)自所述梯度折射率透镜(204)接收光。
8.根据权利要求1所述的设备000)，其中，所述设备是扩束连接器。
9.根据权利要求8所述的设备000)，其中，所述扩束连接器是光-光连接器。
10.根据权利要求8所述的设备000)，其中，所述扩束连接器是光-电连接器。
11.根据权利要求8所述的设备000)，其中，所述设备是穿板式连接器。
12.根据权利要求1所述的设备000)，其中，所述设备是扩束连接器与单纤连接器之间的转换器。
全文摘要
一种光电子设备(200)包括具有光学长度L的梯度折射率透镜(204)，其中，L＝P/4+NP/2，这里，N是等于或大于0的整数，P是所述梯度折射率透镜(204)的节距。如果期望焦点离开梯度折射率透镜的端面，可相应地按照此距离和占据该距离的介质的折射率的函数来调整光学长度L。
文档编号G02B6/42GK102597832SQ201080048616
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月19日 优先权日2009年10月28日
发明者M.A.卡达-卡伦 申请人:泰科电子公司
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